CN112437647B - 用于牙齿处理器具的泵组件 - Google Patents

Abstract

一种用于牙齿处理器具的泵组件，包括泵、驱动器和自由轮离合器。离合器的外环连接到驱动器，离合器的可旋转内部构件连接到泵。随着驱动器使外环旋转，离合器相继地采用联接状态和空转状态，在联接状态，内部构件与外环一起旋转，从而通过驱动器驱动泵以将流体吸入泵中，在空转状态，内部构件变得可相对于外环旋转，以使压缩弹簧致动泵以从泵排出流体。

Description

用于牙齿处理器具的泵组件

技术领域

本发明涉及一种泵组件，并且涉及一种包括泵组件的处理器具。该处理器具优选为手持式处理器具，且优选为表面处理器具。在本发明的优选实施例中，该器具是牙齿处理器具。在优选实施例中，该器具是电动牙刷，其具有流体输送系统，以将流体输送到用户的口腔。该流体可以为牙膏，或用于改进牙间清洁的流体。替代地，该器具可以不包括任何刷毛或用于刷牙的其他元件，且可为专用的牙间处理器具的形式。

背景技术

电动牙刷通常包括连接到手柄的工具。该工具包括杆和支承用于刷牙的刷毛的刷头。刷头包括：静止区段，其连接至杆；以及至少一个可移动区段，其可相对于静止区段移动，例如，往复运动、摆动、振动、枢转或旋转运动之一，使安装在其上的刷毛产生刷洗运动。杆容纳驱动轴，该驱动轴与手柄内的传动单元联接。传动单元又连接到电机，该电机由容纳在手柄内的电池驱动。驱动轴和传动单元将电机的旋转或振动运动变换为刷头的可移动区段相对于刷头的静止区段的期望运动。

已知将流体输送系统结合到电动牙刷中，该流体输送系统产生用于牙间清洁的工作流体的射流。例如，WO2018/055329描述了一种具有手柄和刷头的牙刷，该刷头包括喷嘴，工作流体从该喷嘴输送到用户的口腔。泵组件从流体存储器抽取流体，并将工作流体推向喷嘴，以将工作流体的射流输送到用户的牙齿。泵组件包括正排量泵和用于致动泵的驱动器。泵包括可相对于泵壳体移动的活塞，以将流体吸入泵的流体腔，并随后从流体腔喷射流体。

联接构件将泵连接到驱动器。第一联接构件为鼓的形式，其通过驱动器的电机旋转。鼓包括一对沿径向相对的销。第二联接构件包括臂，该臂连接到活塞，并且包括用于接收鼓的销之一的座。当座接收到第一销时，泵会连接到驱动器，使得随着鼓的旋转，活塞向后移动以将流体吸入流体腔。随着流体被吸入流体腔，弹簧被移动的活塞压缩。泵保持在“灌注”配置，直到用户按下按钮，这会启动鼓的进一步旋转。当鼓旋转时，第二销与臂接合，以将第一销从座释放，从而使泵从驱动器分离。在将泵从驱动器分离时，弹簧会膨胀并向前推动活塞，以从泵推压工作流体的射流。当活塞向前移动时，臂与活塞一起移动，以便第二销进入座，以将泵重新联接至驱动器。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种用于牙齿处理器具的泵组件，该泵组件包括：

正排量泵，包括流体腔，其具有可连接至流体源的流体入口以及流体出口；

驱动器，用于致动泵以经由流体入口将流体吸入流体腔；

能量存储装置，用于将通过驱动器致动泵时产生的动能转换为势能，并存储该势能；和

自由轮离合器，其包括连接至驱动器的可旋转输入区段和连接至泵的可旋转输出区段；

其中，通过驱动器使输入区段旋转，离合器相继地采用联接状态和空转状态，在联接状态，输出区段与输入区段一起旋转，使得泵由驱动器致动，以将流体吸入流体腔，在空转状态，输出区段变得可相对于输入区段旋转，以使能量存储装置能够使用存储的势能来致动泵，以经由流体出口将流体从流体腔推出。

使用可以在联接状态和空转状态之间切换以将流体相继地吸入流体腔并从该腔排出流体的自由轮离合器可以提供紧凑的泵组件，该泵组件可以可靠地在离合器的不同状态之间切换。

优选地，泵包括流体位移构件，该流体位移构件可相对于流体腔移动以将流体吸入流体腔。该流体位移构件连接到离合器的输出区段。流体位移构件优选地可相对于流体腔沿着线性路径移动。在优选实施例中，正排量泵是活塞泵的形式，其中流体位移构件是活塞，该活塞在流体腔内往复运动以将流体吸入流体腔内并随后从流体腔内推出该流体。

能量存储装置优选地是弹簧的形式，但是可替代地，它可以是蓄能器的形式。能量存储装置优选地布置成接合流体位移构件。当能量存储装置为弹簧形式时，随着流体位移构件相对于流体腔移动以将流体吸入腔中，弹簧变得压缩。当离合器处于其空转状态时，弹簧迅速膨胀并推动流体位移构件沿相反方向运动，以从流体腔推出流体。

离合器优选在能量存储装置的作用下相继地采用联接状态和空转状态。能量存储装置优选地为压缩弹簧的形式，其在流体被吸入流体腔中时被压缩以存储势能。在压缩弹簧的力的作用下，首先推动输出区段沿第一角度方向旋转。输入区段通过驱动器在与第一角度方向相反的第二角度方向上旋转，因此首先将离合器置于其联接状态，使得在驱动器的作用下，输出区段与输入区段一起沿第二角度方向旋转。离合器保持在其联接状态，直到输出区段到达一角度位置，压缩弹簧的力从该角度位置推动输出区段沿第二角度方向旋转。这将离合器置于其空转状态，其中输出区段相对于输入区段在第二角度方向上可旋转，使能量存储装置能够使用存储的势能来致动泵，以经由流体出口从流体腔推出流体。

输出区段优选地绕垂直于线性路径的轴线旋转。优选地，输入构件包括离合器的外环，并且输出构件包括离合器的内部构件，该外环和内部构件可绕公共轴线旋转。驱动器优选地包括电机和齿轮，优选为蜗轮，用于接合输出区段以将输出区段连接至电机。电机优选地包括驱动轴，该驱动轴连接到齿轮，并且绕与输出区段的旋转轴线正交的轴线旋转。驱动器优选地布置成使得驱动轴的轴线平行于流体位移构件的线性路径。这可以提供泵组件的紧凑布置。

如上所述，能量存储构件优选地向流体位移构件施加力，该力在离合器的联接状态期间推动输出区段沿第一角度方向旋转，并且，在离合器的空转状态期间推动输出区段沿与第一角度方向相反的第二角度方向旋转。

在联接状态下，输出区段可从第一角度位置旋转到第二角度位置，并且在空转状态下，输出区段从第二角度位置移动回到第一角度位置。第二角度位置优选地与第一角度位置相差180°。

输出区段优选地通过柔性系绳连接到流体位移构件。泵组件优选地包括滑轮，用于在流体位移构件相对于流体腔运动时引导系绳的运动。

在第二方面，本发明提供了一种牙齿处理器具，包括：

手柄；

流体存储器，用于存储工作流体；和

流体输送系统，用于从流体存储器接收工作流体，并将工作流体输送到用户的口腔，

其中，流体输送系统包括如上所述的泵组件。

上述与本发明的第一方面相关的特征描述同样适用于本发明的第二方面，反之亦然。

附图说明

本发明的优选特征现在将仅作为示例，参考附图进行描述，其中：

图1(a)是牙齿处理器具的正面透视图，图1(b)是器具的背面透视图；

图2是该器具的流体输送系统的示意图；

图3是流体输送系统的泵组件的分解图；

图4(a)是泵组件在离合器从空转状态转换到联接状态时的透视图，图4(b)是图4(a)的泵组件的侧视图，图4(c)是图4(b)沿A-A线的剖视图；

图5(a)是在离合器的联接状态期间泵组件的透视图，图5(b)是图5(a)的泵组件的侧视图，图5(c)是沿图5(b)中A-A线的剖视图；

图6(a)是泵组件在离合器从联接状态转换到空转状态时的透视图，图6(b)是图6(a)的泵组件的侧视图，图6(c)是图6(b)沿A-A线的剖视图；和

图7(a)是泵组件在离合器在空转状态期间的透视图，图7(b)是图7(a)的泵组件的侧视图，图7(c)是图7(b)沿A-A线的剖视图；

具体实施方式

图1(a)和1(b)示出牙齿处理器具10的实施例的外部视图。在这个实施例中，器具是手持式器具的形式，其是电动牙刷(具有用于分配工作流体用于改进的牙间清洁的集成组件)的形式。

该器具10包括手柄12和清洁工具14。手柄12包括外部主体16，其优选地由塑料材料形成。主体16是大致圆柱形的。手柄12包括用户界面。该用户界面包括用户可操作按钮18，该用户可操作按钮位于形成在主体16中的孔内，以便可由握住手柄12的主体16的手的拇指按压。可选地，手柄12可以包括显示器，其被定位为在器具使用期间对用户可见。器具10可连接到远程显示器，例如个人设备或移动电话的显示器，以使用户能够使用按钮18和/或远程显示器为器具10选择操作模式或参数，如以下更详细地所述。

清洁工具14包括杆20和头部22。杆20为细长的形状，其用于将头部22从手柄12间隔开，以促进器具10的用户操作性。在本实施例中，清洁工具14的头部22包括刷子单元24，其包括刷毛载体26和安装在刷毛载体26上的多组刷毛28。在本实施例中，刷子单元24刚性地连接到杆20。然而，在其他实施例中，清洁工具14可被设置为不具有刷子单元24，使得器具为专用的口腔处理器具的形式，例如用于清洁用户牙齿之间的缝隙，或用于向用户的牙齿输送清洁流体或增白流体。

还参考图2，器具10还包括用于存储工作流体的流体存储器30和用于在器具10的使用期间将工作流体输送到用户的口腔的喷嘴32。工作流体优选为液态工作流体，在本实施例中是水。流体存储器30安装在手柄12上，以便绕手柄12的端部延伸。喷嘴32安装在清洁工具14的头部22上。在包括刷子单元24的本实施例中，刷毛28围绕喷嘴32布置。

喷嘴32形成流体输送系统34的一部分，该流体输送系统用于在器具10的使用期间从流体存储器30接收工作流体，并且输送工作流体的射流到用户的口腔。工作流体的每次射流优选具有小于1ml，更优选小于0.5ml的体积。流体输送系统34在图3中示意性地示出。总体上，喷嘴32的末端包括流体出口35，工作流体的射流穿过该流体出口被输送到用户的口腔。流体输送系统34包括流体入口36，其用于从流体存储器30接收工作流体。在这个实施例中，工作流体是液态工作流体，其优选为水。流体入口36定位在手柄12上，优选地在手柄12的主体16的端部上，并且布置成当流体存储器30连接到手柄12时连接到流体存储器30的流体端口。清洁工具14可从手柄12拆卸，并且一旦清洁工具14已从手柄12拆卸，则可将流体存储器30从手柄12拉离以进行补充。

流体输送系统34包括泵组件，其用于从流体存储器30抽吸工作流体穿过流体入口36，并且用于将工作流体的射流输送到喷嘴32。泵组件位于手柄12的主体16内，并且包括正排量泵38和用于驱动泵38的驱动器。驱动器优选地包括泵电机40。用于向泵电机40供电的电池42也位于手柄12中。该电池42优选为可再充电电池。

第一导管44将流体输送系统34的流体入口36连接到泵38的流体入口46。第一单向阀48位于流体入口36和泵38之间，以防止水从泵38返回到流体存储器30。第二导管50将泵38的流体出口52连接至喷嘴32。第二单向阀54位于泵38和喷嘴32之间，以防止水返回到泵38。控制电路56控制泵电机40的致动，因此泵电机40和控制电路56提供用于驱动泵38的驱动器。电池42向控制电路56供电。控制电路56包括向泵电机40供电的电机控制器。

在本实施例中，控制电路56接收当用户按下器具10的手柄12上的按钮时产生的信号。替代地或附加地，控制电路56可以接收由位于器具10内的传感器生成的信号，或者从例如显示器或个人设备的远程设备接收的信号。为了简洁起见，在下面的描述中，控制电路56接收当用户操作按钮18时产生的信号。

器具10包括驱动机构，该驱动机构用于驱动杆20并且因此驱动刷毛载体26相对于手柄12的运动。驱动机构包括传动单元和用于驱动传动单元以使杆20相对于手柄12运动的驱动单元。驱动单元包括位于手柄12的主体16内的驱动电机72。控制电路56包括向驱动电机72供电的电机控制器。按钮18还可用于例如通过在预定时间段内按压按钮18预定次数以启动和随后停止清洁时期来激活和停用驱动电机72。替代地，可以提供单独的按钮(未示出)以用于激活和停用驱动电机72。传动单元包括轴，该轴由驱动单元驱动以相对于手柄12振动。驱动单元优选地布置成使轴振动，使得其绕手柄12的纵向轴线振动，优选地以200至300Hz范围内的频率振动。清洁工具14的杆20安装在轴的端部。

图3示出了泵组件的分解图。泵38包括泵壳体，该泵壳体在本实施例中包括多个区段。泵壳体包括下壳体区段80和上壳体区段82，在下壳体区段80中形成有流体入口46和流体出口52。泵壳体的下壳体区段80限定了流体腔84，用于经由流体入口46接收流体，并经由流体出口52从流体腔喷射流体。

泵38还包括流体位移构件，该流体位移构件可相对于流体腔84移动，以将流体吸入流体腔84，并随后将流体从流体腔84推向喷嘴32。流体位移构件优选地可相对于流体腔84往复运动。在本实施例中，泵38为活塞泵的形式，其中，流体位移构件是可在流体腔84内移动的活塞86。活塞86沿第一方向移动，以将流体从流体存储器30吸入流体腔84中，并且沿与第一方向相反的第二方向移动，以随后将流体从流体腔84推向喷嘴32。在本示例中，活塞86是相对刚性的构件，其在流体腔84内沿着线性间隔开的位置之间的线性路径移动。可以是O形环的活塞密封件(未示出)围绕活塞86延伸，以在流体腔84和活塞86之间形成流体密封。替代地，泵可以是隔膜泵的形式，其中，流体位移构件是界定流体腔84的一侧的隔膜。在这种泵中，隔膜通过其挠曲而可在不同构造之间移动以泵送流体。

活塞86形成从动组件的一部分，该从动组件由泵组件的驱动器驱动。从动组件还包括用于将活塞86联接至驱动器的联接构件。在本实施例中，联接构件包括柔性系绳88，该柔性系绳在其一端连接到活塞86。泵壳体支撑滑轮90，滑轮在活塞86相对于流体腔84往复运动时引导系绳88的运动。

泵38还包括能量存储装置，该能量存储装置将在驱动器致动泵38期间产生的动能转换成由能量存储装置存储的势能。在本实施例中，能量存储装置为设置在泵壳体内的弹簧92的形式。弹簧92是压缩弹簧。如图4(c)所示，弹簧92的第一端与下壳体区段80的内壁96接合，第二端与活塞86的径向扩大区段94接合，以沿第二方向将活塞86推向流体出口52。

如上所述，驱动器包括泵电机40。泵电机40包括由泵电机40旋转的驱动轴98。驱动轴98布置成使得其基本上平行于活塞86在泵壳体内往复运动的方向。蜗轮100连接到驱动轴98的远离泵电机40的端部。蜗轮100穿过形成在下壳体区段84中的孔102而进入泵壳体。

驱动器通过自由轮离合器或单向离合器104连接至从动组件，自由轮离合器或单向离合器位于泵壳体内，并由轴承106支撑以相对于泵壳体旋转。离合器104包括呈外环108形式的可旋转输入区段，该外环具有与蜗轮100啮合的齿，从而随着蜗轮100通过泵电机40的旋转，外环108相对于泵壳体绕正交于驱动轴的轴线旋转。在该实施例中，外环108由驱动器沿逆时针方向旋转，如图4(c)所示。

离合器104还包括呈内部构件110形式的可旋转输出区段以及保持架112，该保持架容纳与保持架112和内部构件110接合的一组辊子和弹簧，从而阻止内部构件110相对于外环108沿顺时针方向旋转，如图4(c)所示，并允许内部构件110在离合器104的两种不同状态下均沿逆时针方向旋转。在离合器104的第一联接状态下，内部构件110与外环108一起相对于泵壳体沿逆时针方向旋转，并且在离合器104的第二空转状态下，内部构件110相对于外环108沿逆时针方向旋转。

曲轴114连接到内部构件110，以便与内部构件110一起旋转。曲轴114包括销116，该销布置成与外环108和内部构件110的旋转轴线平行，但与之偏离。轴承118围绕销116延伸，并且系绳88的环形自由端120附接到轴承118。

通过活塞86到离合器104的内部构件110的连接，弹簧92向内部构件110施加力，这促使内部构件相对于泵壳体旋转。离合器104所采用的状态取决于通过弹簧92施加于内部构件的力而推动内部构件110相对于泵壳体旋转的方向。如图4(c)所示，当弹簧92推动内部构件110沿顺时针方向旋转时，离合器104采取其联接状态，因此内部构件110与外环108一起沿逆时针方向旋转。当弹簧92推动内部构件110沿逆时针方向旋转时，离合器104采取其空转状态，因此内部构件110相对于外环108沿逆时针方向旋转。

在图4(a)至4(c)中，示出了在从流体腔84喷出流体的射流之后，在离合器104的联接状态开始时的泵组件。活塞86位于相对于泵壳体的第一位置，在该第一位置中，活塞86的径向扩大区段94被推靠在泵壳体的内壁上。内部构件110处于相对于泵壳体的第一角度位置，在该位置中，内部构件110被弹簧92的力推动而沿顺时针方向旋转。

为了将一定量的流体吸入流体腔84，控制电路56操作泵电机40以使蜗轮100旋转并驱动离合器104的外环108旋转。如图5(a)至5(c)所示，随着蜗轮100的旋转，内部构件110与外环108一起旋转，以使活塞86远离其第一位置并朝向第二位置移动，如图6(a)至6(c)所示。随着活塞86朝向其第二位置移动，弹簧92被压缩，将动能转换为势能，该势能被压缩的弹簧92存储。因此，压缩弹簧92作用在活塞86上，以便将活塞86推回第一位置。

离合器104保持在其联接状态，直到内部构件110相对于泵壳体处于第二角度位置，如图6(a)至6(c)所示，并且活塞86处于其第二位置。内部构件110的第二角度位置与第一角度位置间隔开180°角度。当活塞86已经到达第二位置时，泵组件处于灌注配置。控制电路56停止泵电机40的操作，以将泵组件保持在该灌注配置中，直到用户操作手柄12的按钮18以从喷嘴32致动工作流体的射流的输送。在离合器104的联接状态期间，被抽吸到泵38的流体腔84中的流体体积优选在0.05至0.20ml的范围内。

当用户操作按钮18时，控制电路56操作泵电机40以使外环108旋转通过另一180°旋转运动。一旦外环108从图6(c)中所示的位置旋转，则内部构件110就被弹簧92的力推动而沿逆时针方向旋转，并且因此，离合器104转换到空转状态，在空转状态，内部构件110可以相对于外环108旋转。这使得压缩弹簧92能够利用其存储的势能而膨胀并反向致动泵38。活塞86在弹簧92的作用下迅速移回其第一位置，以朝向喷嘴32经由流体出口52推动工作流体的射流。图7(a)至7(c)示出了当活塞86移回到其第一位置时的泵组件；在泵组件的这种构造中，外环108相对于泵壳体从图6(a)至6(c)所示的构造几乎没有旋转。

如图4(a)至4(c)所示，在活塞86返回其第一位置之后，驱动器被操作以使泵组件返回至灌注配置。在用户操作按钮18以喷射第一流体射流之后，泵组件返回到灌注配置以喷射第二流体射流所需的时间优选地在0.4秒至0.6秒的范围内，并且优选地为约0.5秒。这允许泵组件能够以大约2Hz的频率喷射流体的射流。

Claims (16)

1.一种用于牙齿处理器具的泵组件，该泵组件包括：

正排量泵，包括流体腔，其具有可连接至流体源的流体入口，以及流体出口；

驱动器，用于致动泵以经由流体入口将流体吸入流体腔；

能量存储装置，用于将在驱动器致动泵期间产生的动能转换为势能，并存储该势能；和

自由轮离合器，其包括连接至驱动器的可旋转输入区段和连接至泵的可旋转输出区段；

其中，通过驱动器使输入区段旋转，离合器相继地采用联接状态和空转状态，在联接状态，输出区段与输入区段一起旋转，使得泵由驱动器致动，以将流体吸入流体腔，在空转状态，输出区段变得能够相对于输入区段旋转，以使能量存储装置能够使用存储的势能来致动泵，以经由流体出口将流体从流体腔排出，

其中，由所述自由轮离合器采用的状态取决于通过能量存储装置施加于可旋转输出区段的力而推动可旋转输出区段相对于正排量泵的泵壳体旋转的方向。

2.根据权利要求1所述的泵组件，其中，所述离合器在能量存储装置的作用下相继地采用联接状态和空转状态。

3.根据权利要求1所述的泵组件，其中，所述泵包括流体位移构件，所述流体位移构件能够相对于所述流体腔移动，以将流体吸入所述流体腔，并且其中，所述流体位移构件连接至所述离合器的输出区段。

4.根据权利要求3所述的泵组件，其中，所述流体位移构件能够沿线性路径移动，并且其中，所述输出区段绕与所述线性路径正交的轴线旋转。

5.根据权利要求4所述的泵组件，其中，所述输入区段包括离合器的外环，并且所述输出区段包括离合器的内部构件，所述外环和内部构件能够绕公共轴线旋转。

6.根据权利要求5所述的泵组件，其中，所述驱动器包括电机和用于接合所述输出区段以将所述输出区段连接到所述电机的齿轮。

7.根据权利要求6所述的泵组件，其中，所述齿轮包括蜗轮。

8.根据权利要求6所述的泵组件，其中，所述电机包括连接到齿轮的驱动轴，该驱动轴能够绕与所述输出区段的旋转轴线正交的轴线旋转。

9.根据权利要求8所述的泵组件，其中，所述驱动轴的轴线平行于流体位移构件的线性路径。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的泵组件，其中，所述能量存储装置布置成接合所述流体位移构件。

11.根据权利要求3至9中任一项所述的泵组件，其中，能量存储构件对所述流体位移构件施加力，该力在所述离合器的联接状态期间推动输出区段沿第一角度方向旋转，并且在离合器的空转状态期间推动输出区段沿与第一角度方向相反的第二角度方向旋转。

12.根据权利要求3至9中任一项所述的泵组件，其中，所述输出区段通过柔性系绳连接至所述流体位移构件。

13.根据权利要求12所述的泵组件，包括滑轮，用于在所述流体位移构件相对于所述流体腔移动时引导所述系绳的运动。

14.根据权利要求1至9中任一项所述的泵组件，其中，在所述联接状态下，所述输出区段能够从第一角度位置旋转到第二角度位置，并且在所述空转状态下，所述输出区段从第二角度位置移动到第一角度位置。

15.根据权利要求14所述的泵组件，其中，所述第二角度位置与所述第一角度位置相差180度。

16.一种牙齿处理器具，包括：

手柄；

流体存储器，用于存储工作流体；和

流体输送系统，用于从流体存储器接收工作流体，并将工作流体输送到用户的口腔；

其中，所述流体输送系统包括根据权利要求1至9中任一项所述的泵组件。

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